Natürliche und anthropogene Einflüsse auf die Kohlenstoffvorräte in Böden
1. Acker- und Pflanzenbau (am Beispiel der Forschungsstandorte Berlin-Dahlem und Thyrow)
verfasst von Thomas Gäbert
Inhalt dieses Kapitels
1. Einführung
2.
Bearbeitungstiefe
3. Kalkdüngung
4. Stallmist und weitere organische Dünger
5. Beregnung
6. Fruchtfolge
7.
Stickstoff, Kalium und Phosphor
8.
Texturveränderung
9. Ohne Düngung
1. Einführung
Der Gehalt an organischem Kohlenstoff im Boden ist neben der pflanzenbaulichen Bedeutsamkeit zu einer wichtigen ökologischen Maßzahl im Pflanzenbau geworden und kann Aufschluss über die Nachhaltigkeit von Bodennutzungssystemen geben. Als Hauptkomponente der Bodenfruchtbarkeit kommt ihm wesentliche Bedeutung zu.
Der äußere Rahmen für den Gehalt an organischer Bodensubstanz wird durch die Korngrößenzusammensetzung, das Klima (Temperatur und Niederschlag) und die Hydromorphieverhältnisse bestimmt. Innerhalb dieser Grenzen kann der Corg-Gehalt durch Bodennutzungsart, Fruchtfolge und Bodenbearbeitung wesentlich beeinflusst werden (Baeumer, 1992). Daneben kann infolge steigender oder fallender Pflanzenerträge und entsprechenden Ernte- und Wurzelrückständen auch Düngung (organisch und mineralisch), Pflanzenschutz und Beregnung zur Veränderung des Corg-Gehaltes beitragen.
Auf Grund dieser vielfältigen Einwirkungen konnten am Versuchsstandort Berlin-Dahlem, wenn teilweise auch nur zwischenzeitlich, organische Kohlenstoffgehalte zwischen 290 mg 100 g-1 und 1080 mg 100 g-1 festgestellt werden. Diese Gehalte sind gering, aber für Sandböden als typisch einzustufen (Grimm und Caesar, 1997). Laut AG Boden (2005) hat sich damit ein sehr schwacher bis schwacher Humusgehalt in den verschiedenen Parzellen der Versuche eingestellt. In der Versuchsstation Thyrow (Brandenburg, Landkreis Teltow-Fläming) konnten mit 312 mg 100 g-1 bis 996 mg 100 g-1 ebenfalls sehr schwache bis schwache Humusgehalte bestimmt werden.
| Versuchsstandort Thyrow, Brandenburg | Versuchsstandort Berlin-Dahlem |
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| (Foto: Thomas Gäbert 2011) | (Foto: Thomas Gäbert 2006) |
Die Ergebnisse stützen
sich zum Großteil auf Dauerfeldversuche der Standorte Berlin-Dahlem
(Statischer Versuch Bodennutzung und Internationaler Organischer
Stickstoffdauerdüngungsversuch IOSDV) und Thyrow (Statischer Düngungs-
und Beregnungsversuch, Statischer Nährstoffmangelversuch, Statischer
Fruchtfolge und Strohdüngungsversuch, Statischer
Bodenfruchtbarkeitsversuch und
Stickstoff-Düngungsversuch). Einzelne Ergebnisse und die Versuchsbeschreibungen
sind in einer Vielzahl von Publikationen verfügbar.
Weiterführender Link:
2. Bearbeitungstiefe
In der Bodentiefe von 0 cm bis 17 cm zeigte die unterschiedliche Pflugtiefe (flache Pflugarbeit bis 17 cm Tiefe und tiefe Pflugarbeit bis 28 cm Tiefe) eine deutliche Wirkung auf den Gehalt an Corg. Durch die flache Bodenbearbeitung stieg der Corg-Gehalt im Vergleich zur tiefen Bodenbearbeitung um 37 % auf fast 700 mg 100 g-1 an. Dieser Effekt hat seine Ursache in der Verteilung der organischen Bodensubstanz bei flacher Pflugfurche auf eine weniger mächtige Bodenschicht (Grimm und Caesar, 1997, Krzysch und Caesar, 1992). Betrachtet man die Summe des Corg-Gehaltes in der Bodentiefe von 0 cm bis 17 cm und von 17 cm bis 30 cm in beiden Bearbeitungsvarianten, zeigt sich eine starke Angleichung zwischen flacher Pflugarbeit und tiefer Pflugarbeit. Hier zeigt sich nur noch ein Vorteil von 4 % durch die flache Bearbeitung. Die Unterschiede sind damit größtenteils auf eine unterschiedliche Verteilung in den beiden oberen Bodenschichten zurückzuführen. Wird der Corg-Gehalt bis in eine Tiefe von 50 cm summiert, weisen beide Bearbeitungsvarianten die gleichen Gehalte an organischem Kohlenstoff auf und unterscheiden sich nicht mehr (Tamm und Krzysch, 1964).
Bodenbearbeitung am Versuchsstandort Berlin-Dahlem
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| (Foto: Thomas Gäbert 2006) |
Insgesamt nehmen die Kohlenstoffgehalte von oben nach unten ab, was durch den abnehmenden Eintrag an organischer Substanz in tiefere Schichten zu erklären ist. Lieberoth (1969) ist sich jedoch sicher, dass sich der Gehalt an Corg unter der Ackerkrume schneller steigern ließe, wenn zum Beispiel durch sehr tiefes Pflügen oder allmähliche Krumenvertiefung ein Eintrag organischen Materials in diese Schicht erfolgen würde. Der durch die Verdünnung sinkende Krumengehalt an Corg stünde einer größeren Gesamtmenge an organischem Kohlenstoff gegenüber. Auch Kuntze, Roeschmann und Schwerdtfeger (1994) bestätigen durch die Krumenvertiefung auf 35 cm bei gleichbleibendem Gehalt an organischer Bodensubstanz eine Verdopplung der Menge an organischer Bodensubstanz.
3. Kalkdüngung
Eine regelmäßige Kalkung führte im Statischen Versuch Bodennutzung Berlin-Dahlem zu einem 8 % höheren Gehalt an Corg (642 mg 100 g-1) als in den ungekalkten Varianten (595 mg 100 g-1). Die organische Primärsubstanz wird in einem gut kalkversorgten Boden besser zersetzt und auch die Bildung widerstandsfähigerer und wertvoller Huminstoffe, die längerfristig erhalten bleiben, wird gefördert (Pannikow und Minejew, 1980, Lieberoth, 1969).
Nährstoffmangelversuch in Thyrow, Brandenburg
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| (Foto: Thomas Gäbert 2011) |
Im Thyrower Nährstoffmangelversuch zeigte sich ein umgekehrtes Bild und die gekalkte Variante wies einen im Durchschnitt um 5 % geringeren Corg-Gehalt (429 mg 100 g-1) auf als die Kalkmangelvariante (450 mg 100 g-1). Im zweiten Teilstück des Nährstoffmangelversuches war seit 1998 in der Roggenmonokultur durch die Kalkung keine erkennbare Veränderung am Corg-Gehalt festzustellen. Zu der Erkenntnis, dass Kalkgaben keinen wesentlichen Einfluss auf den Corg-Gehalt haben, kamen auch Pannikow und Minejew (1980), die jedoch immerhin eine Verbesserung der Qualität der organischen Bodensubstanz feststellten.
4. Stallmist und weitere organische Dünger
Stallmist stellt ein Gemisch aus den Ausscheidungen der Nutztiere und der Einstreu dar. Er enthält im Mittel 30 % bis 35 % der organischen Substanz, 80 % des Phosphors, 50 % des Stickstoffes und bis zu 95 % des Kaliums aus dem Futter der Tiere (Autorenkollektiv, 1975). Stallmist ist ein organischer Dünger, der zwangsläufig in der Tierproduktion anfällt, und soll für eine Reproduktion oder gar Erhöhung der organischen Bodensubstanz, aber auch für die Zuführung von Makro- und Mikronährstoffen sorgen (Schilling, 2000). Des Weiteren stellt die organische Düngung eine bedeutende Quelle für die organische Nahrung (Nährhumus) des Bodenlebens dar und fördert damit wesentlich die Bodenverbesserung durch ein reges Bodenleben (Finck, 1991). Die organische Substanz im Stallmist besteht zu etwa 60 % bis 70 % aus Nährhumus (Oehmichen, 2000a).
Insgesamt wurden in den Versuchen an beiden Standorten beachtliche Steigerungen an Corg durch die Stallmistdüngung erreicht. Am Standort Dahlem wurden Werte von 16 % und 26 % und in Thyrow von 46 % bis 75 % erreicht. Bei einer eher unüblich hohen Stallmistgabe konnte in Thyrow sogar eine Steigerung um 91 % erreicht werden.
Im DIII-Versuch wurde durch die Stallmistdüngung ein 26 % höherer Gehalt an Corg gemessen, der damit bei über 700 mg 100 g-1 lag. Dabei muss unbedingt die unterschiedliche Tiefenverteilung als Resultat der zwei Bearbeitungstiefen im Versuch berücksichtigt werden. Auch im IOSDV (Internationale organische Stickstoff-Dauerdüngungsversuche) konnte durch die Stallmistdüngung ein um 16 % höherer Corg-Gehalt festgestellt werden. Dieser Anstieg entspricht einer Zunahme von fast 100 mg 100 g-1 (auf 678 mg 100 g-1).
Im Nährstoffmangelversuch Thyrow führte die zweijährliche Düngung von 300 dt ha-1 Stallmist neben der mineralischen Düngung zu einem enormen Zuwachs an Corg von fast 60 % auf etwa 680 mg 100 g-1. Ohne organische Düngung wurden lediglich 430 mg 100 g-1 erreicht. Wurde Stallmist als ausschließliches Düngemittel ohne zusätzlichen mineralischen Dünger eingesetzt, stellte sich im Vergleich zum ungedüngten Prüfglied ein nahe 50 % höherer Gehalt an Corg ein. Mit über 560 mg 100 g-1 wurden für den Standort noch akzeptable Gehalte erreicht, obgleich diese an der unteren Grenze des optimalen Wertes liegen (Baumecker, Ellmer und Chmielewski, 2002).
Unter den Bedingungen einer Roggenmonokultur im zweiten Teilstück des Nährstoffmangelversuches zeigte die Stallmistdüngung eine ebenso klare Auswirkung auf den Corg-Gehalt. Mit einem 75 % höheren Corg-Gehalt (auf 669 mg 100 g-1) demonstrierte die Stallmistdüngung ihre außerordentlich hohe Bedeutung bei der Düngung von sandigen Böden. Mit der Düngung von zweijährlich 200 dt ha-1 Stallmist konnte der Corg-Gehalt im DVI-Versuch um 46 % auf 610 mg 100 g-1 erhöht werden. Durch den Einsatz einer doppelt so hohen Menge an Stallmist in der Fruchtfolge wurde ein Corg-Gehalt von 799 mg 100 g-1 erreicht und damit 91 % mehr als in der rein mineralischen Vergleichsvariante.
In diesem Versuch zeigen auch die Varianten mit Strohdüngung alle einen deutlich erhöhten Corg-Gehalt gegenüber mineralischer Volldüngung. Die Strohdüngung ohne Stickstoffausgleichsdüngung konnte jedoch als einzige Variante einen Corg-Gehalt über 600 mg 100 g-1 erreichen und liegt damit 45 % über der rein mineralischen Düngung. Der Gehalt liegt etwa auf einer Stufe mit dem Gehalt, der in der einfachen Stallmistdüngung von zweijährlich 200 dt ha-1 erreicht wurde. Dies ist von entscheidender Bedeutung für viehlos wirtschaftende Betriebe, die nicht auf Stallmist zurückgreifen können (Ellmer und Baumecker, 2002). Die Variante mit Stickstoffausgleich liegt jedoch nur 3 % darunter (590 mg 100 g-1). Auch nach dem Autorenkollektiv (1975) ist eine mit mineralischer Düngung kombinierte Strohdüngung einer einfachen Stallmistdüngung ebenbürtig und steht der Qualität der organischen Bodensubstanz (Huminsäuregehalt) aus Stallmist in nichts nach.
In Kombination mit Gründüngung wurden leicht negativ wirkende Wechselwirkungen hervorgerufen und der Corg-Gehalt sank auf 577 mg 100 g-1. Dies kann nach Autorenkollektiv (1975) auf den sogenannten „priming effect“ zurückgeführt werden, der durch die Zufuhr leicht abbaubarer Kohlenhydrate in Form der Gründüngung zu einem zusätzlichen Abbau bodeneigener Humusstoffe führt. Dennoch werden durch die Kombination von Stroh- und Gründüngung Bedingungen für die Bodenorganismen geschaffen, die die Bildung qualitativ hochwertiger, organischer Bodensubstanz fördern. Eine ebenfalls im Versuch vorhandene Kombination einer einfachen Stallmistgabe mit einer Gründüngung konnte im Vergleich zur Stallmistdüngung und NPK (Stickstoff, Phosphor, Kalkium) den Gehalt an Corg um weitere 8 % steigern.
Mit der Gründüngung wird grünes oder abgewelktes pflanzliches Material in den Boden eingearbeitet, welches Düngungs- und Bodenverbesserungseffekte erzielen soll (Autorenkollektiv, 1975). Besonders in getreidereichen Fruchtfolgen ist das Einarbeiten der gesamten Pflanzenmasse von Vorteil. Im Falle einer Verwendung als Futter wird nach der Futternutzung nur noch der Mäh- oder Weiderückstand eingearbeitet. Dennoch ergeben sich in beiden Fällen positive Effekte auf den Boden. So bleibt der Boden länger bedeckt, die Bodenstruktur wird durch die intensive Durchwurzelung gefördert, bodeneigene Nährstoffe können verfügbar gemacht und durch Leguminosen kann Stickstoff angereichert werden. Ebenso wird das Bodenleben durch die Zufuhr von leicht zersetzbarem Nährhumus aktiviert (Oehmichen, 2000a; Finck, 1991; Autorenkollektiv, 1975). Des Weiteren können durch den Anbau als Zweit- oder Zwischenfrüchte Nährstoffverluste durch Auswaschung vermindert werden (Schilling, 2000).
Gekrümelter Ackerboden mit Wurzelresten
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| (Foto: Thomas Gäbert 2010) |
Durch die Stroh-, Grün-, Rübenblattdüngung im IOSDV Berlin-Dahlem zeigte sich mit einer Zunahme von fast 150 mg 100 g-1 ein um ein Viertel höherer Gehalt an Corg (auf 730 mg 100 g-1). Neben der Stroh- und Gründüngung stellt das Rübenblatt einen wertvollen Lieferanten organischer Substanz dar. Bezüglich der Reproduktion von Corg weist das Rübenblatt etwa 60 % bis 75 % der Wirkung von Stallmist auf (Schilling, 2000). Ohne organische Düngung lag der Gehalt an Corg bei 583 mg 100 g-1.
Durch Stroh- und Gründüngung wurden auch im Thyrower Beregnungs- und Stickstoffdüngungsversuch enorme Zuwächse an organischem Kohlenstoff von 34 % (etwa 160 mg 100 g-1) und damit ein Wert von circa 650 mg 100 g-1 erreicht. Im Fruchtfolge und Strohdüngungsversuch Thyrow wurden in der Fruchtfolge mit 50 % Getreideanteil durch die Stroh- und Gründüngung ein um 33 % höherer Gehalt an Corg (auf 580 mg 100 g-1) als im vergleichbaren Zusatzprüfglied ohne organische Düngung erreicht. In den beiden anderen Fruchtfolgen (75 % und 100 % Getreideanteil) wurden je 21 % höhere Gehalte durch die organische Düngung erzielt, jedoch auf einem jeweils höheren Niveau als bei der ersten Fruchtfolge. Diese deutlichen Mehrerträge sind auf einen Ausgleich der strukturmindernden und der das Bodenleben hemmenden Wirkung hoher Getreidekonzentrationen durch eine Gründüngung zurückzuführen (Ebert et al., 1970). Daneben stellen Ebert et al. (1970) fest, dass die durch den ausgedehnten Getreideanbau entstehende Gefahr einer Verseuchung, insbesondere mit Fußkrankheitserregern, durch einen Zwischenfruchtanbau sehr eingeschränkt wird. Dies ist auf eine Aktivierung des Bodenlebens und dem damit einhergehenden Abbau pathogener Keime zurückzuführen (Oehmichen, 2000b).
5. Beregnung
Im Durchschnitt des gesamten Beregnungs- und Stickstoffdüngungsversuches Thyrow konnte durch die zusätzlichen Wassergaben ein lediglich 2 % höherer Corg-Gehalt und damit ein Wert knapp über 600 mg 100 g-1 erreicht werden. Diese Differenz wurde erst mit der Umstellung der Düngung 1995 erkennbar und zeigte sich besonders sowohl in der nicht mit Stickstoff versorgten Variante als auch in der niedrigsten Stickstoffstufe mit einer Zunahme von 5 %. Durch die Beregnung werden zwei gegenläufige Entwicklungen ausgelöst. Einerseits werden häufiger Feuchtigkeitsverhältnisse erreicht, die den Mikroorganismen bessere Lebensbedingungen bieten. Das hat zur Folge, dass der organische Kohlenstoff schneller abgebaut und die Corg-Gehalte reduziert werden können. Bewässerte Böden bieten jedoch nicht nur den Mikroorganismen, sondern auch den Pflanzen bessere Wachstumsbedingungen, wodurch die Ertragsleistung erheblich ansteigt. In ähnlichem Verhältnis erhöhen sich auch die im Boden verbleibenden Ernte- und Wurzelrückstände, so dass hierdurch dem schnelleren Abbau der organischen Bodensubstanz entgegengewirkt wird (Möller et al., 1968). Dies führt im Saldo zu der nur geringfügigen Beeinflussung des Corg-Gehaltes durch die Beregnung (Ellmer und Baumecker, 2002; Baumecker und Ellmer, 2000).
Beregnung in Thyrow, Brandenburg
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| (Foto: Thomas Gäbert 2011) |
6. Fruchtfolge
Da die angebauten Kulturarten übergreifend in „humusmehrend“ und „humuszehrend“ eingeteilt werden können, muss dies entsprechend bei der Gestaltung des Bodennutzungssystems beachtet werden (Lieberoth, 1969). Hackfrüchte hinterlassen verhältnismäßig geringe Mengen an Ernte- und Wurzelrückständen und tragen deshalb nur in einem sehr eingeschränkten Maße zur Versorgung des Bodens mit organischer Substanz bei (Autorenkollektiv, 1975). Des Weiteren bewirken sie indirekt eine Abnahme des Gehaltes an organischer Bodensubstanz, da durch die intensive Bodenbearbeitung die Sauerstoffzufuhr und damit der aerobe Abbau von Corg gefördert wird (Schilling, 2000). Bei Getreide ist dabei ein weitaus geringerer Verlust an Corg zu verzeichnen (Autorenkollektiv, 1975). Dieses Problem eines vermehrten Anbaus von Hackfrüchten kann aber nach Lieberoth (1969) leicht durch Stallmist-, Stroh- und Gründüngung ausgeglichen werden. Ein anderes Bild stellen zum Beispiel die Futterpflanzen dar, die beträchtliche Mengen an Ernte- und Wurzelrückständen hinterlassen und bei mehrjährigem Anbau auch eine verminderte Mineralisation infolge geringerer Bodenbearbeitung bewirken (Autorenkollektiv, 1975).
Weizenanbau am Versuchsstandort Berlin-Dahlem
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| (Foto: Thomas Gäbert 2006) |
Die Getreidefolge (664 mg 100 g-1) im Statischen Versuch Bodennutzung Berlin-Dahlem wies im Gesamtdurchschnitt einen 4 % höheren Gehalt an organischem Kohlenstoff als im Fruchtwechsel (637 mg 100 g-1) auf. Diese Tendenz stellten auch Grimm und Caesar (1997) fest und bestätigten, dass sich der Vorteil (10 %) nur bei regelmäßiger Kalkversorgung zeigt. Die Getreidefolge mit ihren höheren Ernte- und Wurzelrückständen kennzeichnet eine häufigere Bodenbedeckung in den Wintermonaten, was im Gegensatz zur Brache im Fruchtwechsel ebenfalls einen positiven Einfluss auf den Corg-Gehalt hat (Krzysch und Caesar, 1992).
Des Weiteren zeigten sich im Fruchtfolge- und Strohdüngungsversuch höhere Corg-Gehalte durch höhere Getreideanteile. In der 75 % Getreidevariante konnten 12 % mehr Corg (550 mg 100 g-1) als in der 50 % Variante (unter 500 mg 100 g-1) ermittelt werden. Ursache dafür ist wahrscheinlich ein infolge des verringerten Hackfruchtanteils geringerer Abbau von organischer Bodensubstanz (Ellmer und BAUMECKER, 2002). Vergleicht man die in der reinen Getreidevariante ermittelten Corg-Gehalt mit denen der Fruchtfolgevarianten, so entsprechen die 657 mg 100 g-1 19 % mehr als in der 75 % Getreidevariante und 33 % mehr als in der 50 % Getreidevariante. Der fehlende Anbau von Hackfrüchten führte hier zum geringsten Abbau organischer Bodensubstanz und die permanent anfallenden hohen Mengen an Ernte- und Wurzelrückständen wiederum zu einem schnellen Ausgleich der ohnehin geringeren Verluste (Ellmer und BAUMECKER, 2002).
7. Stickstoff, Kalium und Phosphor
Innerhalb der mineralischen Düngung hat besonders die Stickstoffdüngung einen bedeutenden Einfluss auf den Corg-Gehalt im Boden. Nach Lieberoth (1969) erhöht die reine Mineraldüngung durch Förderung des Pflanzenwachstums und dem damit verbundenen erhöhten Anfall an Ernte- und Wurzelrückständen den Gehalt an organischer Bodensubstanz. Diese Zusammenhänge werden auch von Körschens (1997) und bereits 1960 von Schmalfuß bestätigt. Auch in den Versuchen in Dahlem und Thyrow lässt sich dies nachweisen. Daneben treten im Zusammenhang mit der Mineraldüngung auch nachteilige Effekte auf den Gehalt an organischer Bodensubstanz ein. Wesentliches Beispiel hierfür ist der sogenannte „priming effect“, der infolge der mineralischen Stickstoffgabe zunächst einen zusätzlichen Abbau organischer Bodensubstanz bewirkt (Oehmichen, 2000a). Demnach wird der Aufbau an organischer Substanz durch diesen Vorgang etwas geschmälert, bei höheren Gaben mineralischen Stickstoffes jedoch ausgeglichen. Klimanek (1997) stellt eine Deckung von 50 % bis 60% des Reproduktionsbedarfes für die Corg-Gehalte durch die Ernte- und Wurzelrückstände nach Auswertung zahlreicher Autoren fest. Obgleich die Ergebnisse in Dahlem und Thyrow einen Vorteil für die mit mineralischen Düngern versorgten Varianten zeigen, vermag diese Düngung nur in einigen Fällen eine abnehmende Entwicklung der Corg-Gehalte zu verhindern. Dementsprechend reichen wie von Klimanek (1997) festgestellt die Ernte- und Wurzelrückstände nicht aus, um über längere Zeit einen ausreichenden Gehalt an organischer Bodensubstanz zu halten. Des Weiteren entscheidet nicht nur die Masse an Ernte- und Wurzelrückständen, sondern auch die Umsetzbarkeit die Beeinflussung des Corg-Gehaltes.
Im IOSDV war eine Zunahme an Corg durch steigende Mineralstickstoffgaben zu beobachten. So wurden in der höchsten Stickstoffstufe im Vergleich zur Nullstufe Zunahmen von 8 % (ohne organische Düngung, auf 606 mg 100 g-1) und 7 % (Stallmistdüngung, auf 700 mg 100 g-1) beobachtet. In der mit Stroh, Grün und Rübenblatt versorgten Variante wurden ebenfalls bis 7 % Zuwachs an Corg auf 758 mg 100 g-1 erzielt, dies aber bereits durch die Stickstoffdüngung der ersten Stufe. Die weitere Düngung und somit die erhöhte Zufuhr an Stickstoff führte in diesem Fall zu einem Absinken der Corg-Gehalte.
Auch auf dem leicht schluffigen Sandboden in Thyrow zeigten die Stickstoffdüngung und der Gehalt an Corg einen deutlichen Zusammenhang. Durch steigende Stickstoffdüngung nahm der Gehalt an Corg klar zu. Im Statischen Düngungs- und Beregnungsversuch Thyrow wurde mit der Stickstoffdüngung seit 1995 ein über 12 % höherer Gehalt an Corg (615 mg 100 g-1) erreicht als ohne Stickstoffdüngung. Vor 1994 konnte durch überdurchschnittlich hohe Stickstoffgabe eine noch deutlichere Steigerung des organischen Kohlenstoffes auf 667 mg 100 g-1 erreicht werden. Eine weitere Erhöhung der Stickstoffgaben führte wiederum zu keiner weiteren wesentlichen Veränderung des Corg-Gehaltes. Dies zeigt deutlich die Abhängigkeit vom Anfall an organischer Primärsubstanz durch die Ernte- und Wurzelrückstände und dem Anfall an Stroh. Diese wiesen mit steigender Stickstoffdüngung ab 60 kg ha-1 bis 100 kg ha-1 nur noch relativ geringe Zunahmen oder bereits Abnahmen auf.
Im Statischen Nährstoffmangelversuch Thyrow zeigte sich ein etwa ebenso hoher Anstieg der organischen Bodensubstanz. Durch die mineralische Stickstoffdüngung stellte sich ein 12 % höherer Gehalt an Corg ein. Durch eine geringe Stickstoffdüngung wurde im Statischen Bodenfruchtbarkeitsversuch Thyrow im Vergleich zur Kontrolle ein 14 % höherer (595 mg 100 g-1) und mit der Steigerung auf eine mittlere Stickstoffdüngung ein abermals 4 % höherer Corg-Gehalt (617 mg 100 g-1) festgestellt. Mit der mineralischen Volldüngung ist ein 8 % höherer Corg-Gehalt von 411 mg 100 g-1 gegenüber der Stickstoffmangelvariante verbunden. Die Erhöhung des Corg-Gehaltes durch die Zunahme der Stickstoffdüngung führen Ellmer, Lettau und Baumecker (1997) neben den größeren Mengen an Ernte- und Wurzelrückständen auch auf vermehrte Rhizodeposition zurück.
Auch unter den Bedingungen einer Roggenmonokultur im Versuch Roggenmonokultur und Stickstoffdüngung war mit steigender Stickstoffmenge ein Anstieg der Corg-Gehalte festzustellen, wenn auch ein geringerer wie in den zuvor erwähnten Versuchen. Während durch die Steigerung der Stichstoffdüngung von der Null- zur 60 kg ha-1 N-Stufe mit 5 % von 493 mg 100 g-1 auf 519 mg 100 g-1 ein relativ hoher Zuwachs zu verzeichnen war, nahmen die Zuwächse durch steigende Stickstoffdüngung ab und lagen ab 120 kg ha-1 N im Mittel bei 534 mg 100 g-1. Die weitere Ausdifferenzierung nach Applikation des Düngers in Teilmengen oder auch nach Einsatz variabler Mengen nach jährlicher Ermittlung mittels verschiedener Verfahren brachte keine weiteren Vorteile.
Roggenmonokultur am Versuchsstandort Berlin-Dahlem
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| (Foto: Thomas Gäbert 2006) |
Neben dem Stickstoff haben auch Phosphor und Kalium eine Wirkung auf den Corg-Gehalt. Im Dahlemer Statischen Versuch Bodennutzung wurde im Schnitt seit Versuchsbeginn nach Phosphordüngung ein Rückgang des organischen Kohlenstoffes um 4 % festgestellt. In Thyrow zeigte sich im Nährstoffmangelversuch durch die Düngung von Phosphor ein Zuwachs an organischem Kohlenstoff von 3 %. In der Roggenmonokultur konnte, wie in Dahlem ein Rückgang an Corg um 3 % festgestellt werden. Phosphordüngung hat demnach eine untergeordnete Rolle beim Einfluss auf den Kohlenstoffgehalt im Boden.
Die Düngung von Kalium allerdings zeigt einen größeren Einfluss. Im Nährstoffmangelversuch lässt sich ein Corg-Zuwachs um 8 % und im Roggenmonokulturteil des Versuches ein um 6 % höherer Corg-Gehalt feststellen.
8. Texturveränderung
Die Veränderung der Textur von durchschnittlich 6 % auf einen Feinanteil (Ton und Feinschluff) von 9,2 % (Baumecker und Ellmer, 1994) im Prüfglied 11 des Statischen Bodenfruchtbarkeitsversuches durch die zweimalige Zuführung von 347 t ha-1 Tonboden zeigte bei gleicher Zuführung von Nährstoffen einen wesentlich höheren Gehalt an organischem Kohlenstoff. Mit 876 mg 100 g-1 konnte ein 44 % höherer Corg-Gehalt erreicht werden als durch das vergleichbare organische-mineralische gedüngte Prüfglied auf reinem Thyrower Boden (610 mg 100 g-1), was auch Ellmer und Baumecker (2002) bestätigen. Dies ist nach Ellmer et al. (1997a) einerseits auf den mit dem Oderbruchboden zugeführten Kohlenstoff, andererseits auf den Textureffekt zurückzuführen, der ein neues bodenspezifisches Fließgleichgewicht der organischen Bodensubstanz bewirkt.
9. Ohne Düngung
Durch eine gänzlich
unterlassene Düngung stellte sich am Standort Thyrow ein Corg-Gehalt
deutlich unter 400 mg 100 g-1
ein. Langfristig mussten Verluste an Corg von über 30 % in Kauf genommen
werden. Selbst im Vergleich zur rein mineralisch gedüngten Variante
liegt die gänzlich ungedüngte im Schnitt noch 11 % tiefer. Die
Differenzen zu den mit organischen Düngern versorgten Varianten sind
noch wesentlich größer. In den ungedüngten Varianten, wie auch zum Teil
in den lediglich organisch ungedüngten Varianten, hat über einen langen
Zeitraum ein Abbau des umsetzbaren Teils der organischen Bodensubstanz
stattgefunden, so dass der verbleibende Rest überwiegend aus inerter
organischer Bodensubstanz besteht (Schubert,
2006; Peschke, Ellmer und
Baumecker, 1998). Dieser kaum abbaubare Corg-Gehalt, der in Ton-Humus-Komplexen
durch die Tonteilchen vor den Enzymwirkungen und dem Abbau durch die
Mikroorganismen geschützt ist (Baeumer,
1992), stellt eine standorttypische Maßzahl in Abhängigkeit vom
Tongehalt des Bodens dar (Schubert,
2006; Körschens, 1997). Damit haben diese Komplexe eine große
Bedeutung in den Böden und gehören zu den wichtigsten Nährstoffträgern
(Lieberoth, 1969).
Literatur:
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